Termiczna utylizacja odpadów
komunalnych  spalanie
odpadów
Autor: Witold Brodalka
Plan prezentacji
" Odpady komunalne
" Wskaz
niki charakteryzujÄ…ce odpady
" Morfologia odpadów
" Zadania technologii spalania odpadów
" Schemat procesu spalania
" Żużel
" Oczyszczanie spalin
" Bilans procesu
" Wymagania Unii Europejskiej
Odpady komunalne
Odpady komunalne  to odpady powstajÄ…ce w
gospodarstwach domowych w wyniku
działalności bytowo-gospodarczej a także
odpady nie zawierające odpadów
niebezpiecznych; pochodzÄ…ce od innych
wytwórców odpadów, które ze względu na swój
charakter lub skład są podobne do odpadów
powstajÄ…cych w gospodarstwach domowych.
W związku z różnorodnym pochodzeniem odpadów
komunalnych wyróżniamy ich cztery rodzaje:
 odpady z obiektów użyteczności publicznej (administracji,
oświaty, kultury, służby zdrowia, handlu i usług),
 odpady domowe zwiÄ…zane z bytowaniem ludzi,
W sumie te dwie grupy stanowiÄ… 80-90% wszystkich
odpadów.
 odpady z terenów otwartych (z ulicznych koszy, z placów
targowych, cmentarzy, zieleni miejskiej, zmiotki), których ilość
szacuje siÄ™ na 5-7% .
 odpady wielkogabarytowe (meble, urzÄ…dzenia kuchenne,
telewizory itp.)
5-10%.
Właściwości odpadów komunalnych
" Pod względem właściwości odpadów, miasto zazwyczaj
nie stanowi obszaru jednorodnego, bowiem o składzie
odpadów decyduje tu charakter zabudowy, nasycenie
obiektami usługowymi, a szczególnie sposób
ogrzewania budynków.
" Dlatego można wyróżnić trzy typy środowiska miejskiego
o zróżnicowanych właściwościach odpadów:
 typ I  zabudowa wysoka (wielokondygnacyjna zabudowa
osiedlowa),
 typ II  zwarta zabudowa dzielnic śródmiejskich,
 typ III  zabudowa jednorodzinna (podmiejska, osiedlowa lub
rozproszona).
Intensywne technologie unieszkodliwiania odpadów
miejskich, podobnie jak wszystkie technologie
przemysłowe, wymagają dobrej znajomości właściwości
surowców. Odpady komunalne jest to mieszanina
bardzo wielu materiałów o zróżnicowanych
właściwościach, występujących w różnych proporcjach w
zależności od wielu czynników. Tak więc trzeba
przeprowadzić serię badań, które muszą dostarczyć
informacji niezbędnych do wyboru optymalnej metody
ich unieszkodliwienia. Zakres niezbędnych badań wynika
z celu jakiemu mają one służyć. Dotychczas zakres
obejmuje umownie cztery grupy wskaz
ników:
 ilościowego nagromadzenia odpadów,
 właściwości fizycznych,
 właściwości paliwowych,
 właściwości nawozowych
Do grupy pierwszej zaliczamy wskaz
niki
nagromadzenia:
 objętościowy  wyrażany w m3/mieszk./rok,
 wagowy  wyrażany w kg/mieszk./rok,
 nierównomierności nagromadzenia: dobowy, miesięczny, roczny
Zmierzone wskaz
niki nagromadzenia odpadów są
zróżnicowane, podobnie jak inne właściwości
technologiczne odpadów. Dla trzech wymienionych
charakterystycznych środowisk w miastach mają one
średnie wartości zbliżone do podanych w tabeli nr 1.
Razem wskaz
niki te opisujÄ… z
ródła powstania
odpadów i pozwalają na określenie ich jakości.
Tabela 1. Wartości średnie wskaz
nika nagromadzenia odpadów w trzech
typach środowisk.
Grupę drugą charakteryzują następujące wskaz
niki:
" ciężar objętościowy odpadów (gęstość)  wyrażany w
kg/m3,
" frakcje (analiza sitowa): 0-10, 10-40, 40-100 i powyżej
100,
" skład grupowy, który obejmuje podział na 10
podstawowych grup materiałów jakich składają się
odpady, a więc frakcji drobnej (<10mm), odpadów
spożywczych pochodzenia roślinnego, zwierzęcego,
odpadów papieru i tektury, tworzyw sztucznych
materiałów tekstylnych, metalowych, szkła oraz
pozostałych materiałów organicznych i
nieorganicznych.
Tabela 2. Właściwości fizyczne odpadów z trzech typów
środowiska miejskiego.
Do grupy trzeciej zaliczamy wskaz
niki określające
właściwości paliwowe odpadów:
 części palne,
 zawartość wody,
 części niepalne,
 części lotne,
 wartość opałowa,
 składniki agresywne (SO2, HCL, N2O5),
 skład elementarny części palnych (C, H, S, N, CL, O).
Odpady miejskie są na ogół uważane za materiał o
słabych właściwościach paliwowych. Opinia ta wynika z
heterogennego ich składu. Z analizy danych uzyskanych
przez różne środki badawcze wynika, że ciepło spalania
polskich odpadów jest bardzo zróżnicowane, podobnie
jak ich skład frakcyjny i grupowy i waha się w granicach
od ok. 3 do 12 MJ/kg.
Tabela 3. Właściwości paliwowe odpadów.
Grupa czwarta to wskaz
niki charakteryzujÄ…ce
właściwości nawozowe odpadów:
" ogólna zawartość substancji organicznej,
" zawartość węgla,
" zawartość azotu,
" zawartość fosforu,
" zawartość potasu,
" zawartość metali ciężkich.
W tabeli nr 4 zestawiono jedynie podstawowe
wartości wskaz
ników charakteryzujących właściwości
nawozowe odpadów dla trzech typowych środowisk
miejskich w Polsce.
Tabela 4. Właściwości nawozowe odpadów z trzech typów środowiska
miejskiego.
Zawartość metali ciężkich najczęściej waha się
w granicach:
 kadm 2,4 mg/kg s.m,
 chrom 2  200 mg/kg s.m,
 miedz
30  156 mg/kg s.m,
 nikiel 11  110 mg/kg s.m,
 ołów 8  209 mg/kg s.m,
 rtęć 0,2  1,4 mg/kg s.m,
 cynk 67  627 mg/kg s.m,
Metale ciężkie, ze względu na znaczne koszty
analiz, sÄ… badane jedynie sporadycznie, dlatego
niewiele danych ich dotyczÄ…cych spotyka siÄ™ w
literaturze.
Podsumowując można stwierdzić:
 właściwości technologiczne odpadów miejskich ulegają stałym
zmianom  wzrasta ilość odpadów w przeliczeniu na mieszkańca
i zmienia się ich skład,
 zmiany właściwości odpadów są różne i zależą od typu
środowiska miejskiego;
 podstawowym z
ródłem informacji o właściwościach odpadów są
badania prowadzone w cyklu rocznym;
 projektowanie zakładów unieszkodliwiania powinno być oparte
na konkretnych, przeprowadzonych dla danego miasta,
wynikach badań,
 projektując dla każdego miasta zasady gospodarki odpadami,
należy brać pod uwagę ich zróżnicowane właściwości
technologiczne (typowe dla środowiska) i możliwości stosowania
różnych metod lub technologii utylizacji odpadów
poszczególnych środowisk miasta.
Analiza morfologiczna odpadów
komunalnych
Analiza morfologiczna - skład grupowy odpadów
stanowi najistotniejsze z
ródło informacji o odpadach
komunalnych. Celem analizy jest wyodrębnienie i
oznaczenie możliwie dużej liczby składników odpadów.
Daje to odpowiedz
o przydatności odpadów do
poszczególnych technik przerobu i wtórnego ich
wykorzystania.
Analiza morfologiczna pozwala na zidentyfikowanie
rodzaju materiału wchodzącego w skład odpadów i
określenie procentowej zawartości poszczególnych
składników, takich jak: papier lub szkło, w ogólnej masie
odpadów.
Zgodnie z danymi Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej na rok 1997 średni
skład odpadów wynosił:
" papier 16%,
" tekstylia 5%,
" tworzywa sztuczne 14%,
" szkło 6%,
" metale 2%,
" składniki mineralne 6%,
" substancje organiczne 32%,
" pozostałe 19%.
Odpady z dużych aglomeracji, w przeciwieństwie do
powstajÄ…cych na terenach wiejskich, charakteryzujÄ… siÄ™
przede wszystkim wyższym udziałem procentowym
odpadów opakowaniowych i niższym udziałem odpadów
pochodzenia organicznego.
Zadania technologii spalania odpadów:
1. uczynić obojętnymi, przy minimalnej emisji,
2. zniszczyć szkodliwe zanieczyszczenia
organiczne lub doprowadzić do zatężenia
szkodliwych zanieczyszczeni nieorganicznych,
3. zmniejszyć ilość /objętość odpadów
składowanych,
4. wykorzystać wartość opałową odpadów,
5. przetworzyć na surowce wtórne.
Schemat ogólny procesu
Na klasyczną spalarnię odpadów składają się następujące
zespoły funkcyjne:
" stacja przyjmowania odpadów,
" gromadzenie i wstępne przygotowanie,
" węzeł zasilania i spalania,
" odbiór, unieszkodliwianie i składowanie żużla,
" kocioł,
" oczyszczanie spalin i komin.
Proces spalania na ruszcie podzielić można na
kilka faz:
" Suszenie  ogrzewanie przez promieniowanie lub
konwekcjÄ™ do ok. 100°ðC, odparowanie wilgoci,
" Odgazowanie  temperatura powyżej 250°ðC,
wydzielanie składników lotnych, wilgoci resztkowej i
gazu wytlewnego (atm. redukcji),
" Spalanie  całkowite spalanie odpadów,
" Zgazowanie  utlenianie produktów odgazowania
tlenem cząsteczkowym, w większości ponad rusztem
w górnej strefie komory przy temperaturze rzędu
1000°ðC,
" Dopalanie  w 850°ðC przez min. 2 sekundy, podane
powietrze lub recyrkulacja odpylonych spalin.
Najważniejsze tego typu technologie
to:
" Spalanie na ruszcie z włączonym w układ
piecem obrotowym
" Instalacja wytlewanie - spalanie Schwel-
-Brennverfahren
" Instalacja Thermoselect
Spalanie na ruszcie z włączonym w
układ piecem obrotowym
W pierwszej części rusztu zachodzi tylko
wytlewanie, gdyż podawana współprądowo
ilość powietrza jest w niedomiarze. Odpady
trafiajÄ… do pieca obrotowego majÄ…c ok.
1000°ðC, tam uzupeÅ‚nia siÄ™ ilość powietrza
wtórnego czemu towarzyszy radykalny skok
temperatury. Dobór warunków procesu
determinuje stan powstającego żużla, przy
1150°ðC osiÄ…ga on fazÄ™ miÄ™knienia zaÅ› przy
1300°ðC ulega stopieniu i zeszkleniu. Do pieca
doprowadza się również popioły z kotła i pyły z
filtru.
Instalacja wytlewanie - spalanie Schwel-
-Brennverfahren
Pierwszy etap procesu stanowi wytlewanie w bębnowym
reaktorze pirolitycznym, w temperaturze 450°ðC, przez
ok. 1 godzinÄ™. Reaktor ogrzewany jest przeponowo
powietrzem (ogrzanym parą i spalinami). Z pozostałości
stałych odsiewa się frakcję o granulacji >5mm będącą
materiałami inertnymi (szkło, ceramika, kamienie, żelazo
i metale nieżelazne) zaś resztę (mat. węglowy) po
zmieleniu kieruje siÄ™ do kolejnego etapu. Gaz wytlewny i
frakcję stałą <5mm spala się wysokotemperaturowo
(powyżej 1300°ðC) wraz z popioÅ‚ami lotnymi i kotÅ‚owymi.
Powstający żużel usuwany jest na mokro. W układ
włączona jest szeregowo komora dopalania. Idea
konstrukcyjna tego rozwiązania powstała w latach 1987-
88. Instalacje oferuje firma Siemens KWU-
Umwelttechnik w postaci modułów o wydajności 3, 5, 7 i
9 Mg/h co umożliwia pokrycie pola wydajności w
zakresie 42000- -380000 Mg/rok.
Instalacja Thermoselect
Do przeponowego reaktora wstępnego wprowadza się
sprasowane odpady (10% obj. pierwotnej) gdzie
zachodzi ich odgazowanie, temperatura 400 - 600°ðC.
Produkty spalane sÄ… w wysokiej temperaturze (2000°ðC)
w atmosferze czystego tlenu. Z powstającego płynnego
żużla wydziela się metale, żużel mineralny ulega
zeszkiliwieniu podczas odżużlania na mokro. W tym
procesie odzysk ciepła nie jest przewidziany. Chłodzenie
prowadzi siÄ™ wodÄ…, bezprzeponowo, co zapobiega
powstawaniu dioksyn i furanów. Ciecz ta jest następnie
neutralizowana i odparowana.
W wyniku niezupełnego spalania gazu pirolitycznego
można uzyskać gaz syntezowy. Jego oczyszczanie
(temp. 90°ðC) z HCl, HF, SO2 obejmuje metody mokre.
NastÄ™pnie jest suszony przez chÅ‚odzenie do 10°ðC oraz
oczyszczany adsorpcyjnie z metali ciężkich i dioksyn na
węglu aktywnym. Strumień spalin powstający w tym
procesie stanowi ok. 1/8 tej wielkości w instalacji
tradycyjnej zatem generuje on mniejsze Å‚adunki spalin.
Żużel&
& zawiera głównie krzemiany, tlenki glinu i żelaza.
Może on być stosowany jako:
" materiał do konstrukcji tam i wałów,
" warstwa nośna pod drogi lokalne,
" w gospodarce leśnej
" warstwy nośne i wierzchnie parkingów, placów
budowy,
" warstwy ochrony przed mrozem w
budownictwie drogowym.
Odbiór, unieszkodliwianie
i składowanie żużla
Zawarte w żużlu metale ciężkie i resztkowe
zanieczyszczenia organiczne powinny odznaczać się
możliwie najmniejszą mobilnością, która pozwoliłaby na
uniknięcie sklasyfikowania ich jako odpady
niebezpieczne. Problem ten dotyczy w szczególności
pyłów z filtrów, popiołu z kotłów etc. W tym celu
wprowadzono instalacje ze zintegrowanym
zeszkliwieniem żużla i popiołu. Celem zeszkliwienia jest
immobilizowanie metali ciężkich oraz niemal całkowite
usunięcie pozostałości organicznych. Taki żużel może
być gromadzony na składowiskach odpadów
jednorodnych lub zastosowany w budownictwie. W
wyniku tego procesu nie powstają popioły.
Oczyszczanie spalin
W wyniku spalenia 1 tony odpadów powstaje ok.
4000 do 6000 m3 spalin zawierających oprócz
CO, CO2, H2O, SO2, NOX, części niespalonych
również wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne, dioksyny i furany, HCl, HF czy
metale ciężkie.
W pierwszej kolejności usuwane są
zanieczyszczenia stałe. Najczęściej stosuje się
cyklony, filtry tkaninowe lub elektrofiltry. Jednak
te ostatnie podejrzewane sÄ… o katalityczne
wspomaganie odtwarzania siÄ™ dioksyn przy
temperaturach od 200 do 400°ðC.
Zanieczyszczenia gazowe eliminowane sÄ…
absorpcyjnie lub adsorpcyjnie, metodami
mokrymi, półsuchymi (rozpyłowymi) i suchymi.
Kolejno usuwane są zanieczyszczenia kwaśne
(HCl, HF, lotne metale ciężkie, SO2), tlenki
azotu (SCR, separacja na węglu aktywnym lub
koksie), dioksyny i furany. Zawartość tlenków
azotu można pierwotnie ograniczać poprzez
stopniowe dozowanie powietrza do spalania
czy też recyrkulację odpylonych i
schłodzonych spalin.
Bilans procesu
W wyniku spalenia tony odpadów powstaje ok.
4000 do 6000 m3 spalin o temperaturze 1000°ðC,
które przed odpylaczem powinny mieć ok.
350°ðC. Spalin o Å›rednim cieple wÅ‚aÅ›ciwym 1,34
kJ/m3*ðK uzyskane z tony odpadów schÅ‚odzone
od 1000 do 350°ðC tracÄ… od 3,5 do 5,0 GJ ciepÅ‚a.
Sprawność wytwarzania energii elektrycznej
przez instalacjÄ™ spalajÄ…cÄ… nie segregowane
odpady komunalne wynosi od 23 do 25%,
uwzględniając potrzeby własne  ok. 15%.
Åšrednie wskaz
niki odzysku energii w
instalacji spalajÄ…cych odpady:
" - min. wartość opałowa: 9,5-10 MJ/kg
" - sprawność wytwarzania pary: 65-76%
" - ilość pary na tonę odpadów: 1,9-2,4 Mg
Parametry wytwarzanej pary sÄ… niskie (15-20 barów, 200-250°ðC)
lub wysokie (40barów, 400°ðC) w zależnoÅ›ci od wielkoÅ›ci instalacji
" - ilość energii elektrycznej na tonę odpadów:
350-400kWh
Wymagania Unii Europejskiej
w zakresie emisji ze spalarni odpadów
Dopuszczalne średniodobowe stężenia zanieczyszczeń
w spalinach ze spalania odpadów wg 2000/76/EC
oraz 94/67/EEC
 10 mg/m3
1) Całkowity pył
 10 mg/m3
2) Gazowe i parowe substancje organiczne TOC
 10 mg/m3
3) HCl
 1 mg/m3
4) HF
 50 mg/m3
5) SO2
 50 mg/m3
6) CO
7) NOX  200 mg/m3
8) Cd / Tl i jego zwiÄ…zki
 0,05 mg/m3
9) Hg i jej zwiÄ…zki
 0,05 mg/m3
10) Sb / As / Pb / Cr / Co / Cu / Mn / Ni / V / Sn i
jego / jej zwiÄ…zki
 0,5 mg/m3
11) Dioksyny i furany jako suma TEQ
 0,1 ng/m3
Literatura
C.Rosik-Dulewska,  Podstawy gospodarki odpadami
www.Imbigs.org.pl
B. Bilitewski, G. Härdtle, K. Marek,  PodrÄ™cznik gospodarki
odpadami. Teoria i praktyka 
M. Żygadło,  Gospodarka odpadami komunalnymi